Отдел создан в 1955 г. С 1955 по 1987 г. им руководил заслуженный деятель науки УССР акад. АН УССР В.Н. Гриднев. С 1987 г. отдел возглавляет д-р техн. наук, проф., чл.-кор. НАН Украины С.П. Ошкадёров. Основное научное направление отдела - физическое металловедение метастабильных состояний, создаваемых в металлических системах средствами термической обработки, пластической деформации, легирования.
   Научным коллективом отдела выполнены основополагающие исследования механизма и аустенита при скоростном нагреве углеродистых и легированных сталей. Экспериментальную базу этих исследований составила разработанная в отделе комплексная методика изучения фазовых превращений при больших скоростях нагрева непосредственно в процессе протекания этих превращений. Методика включает термический , дилатометрический, резистометрический, магнитометрический анализы, скоростную рентгеновскую высокотемпературную съёмку при скоростях нагрева до 1000 К/с.
   Было установлено, что образование высокотемпературной фазы в углеродистых сталях происходит по диффузионному механизму в широком интервале скоростей нагрева. Это позволило теоретически обосновать и экспериментально подтвердить роль различных факторов (исходной структуры, состава, температуры и скорости нагрева) в формировании контролируемого концентрационного состояния аустенита. На этой основе были созданы принципиально новые высокопроизводительные способы термического упрочнения углеродистых сталей и специализированное оборудование (В.Н. Гриднев, Ю.А. Герасим, Р.В. Телевич, Ю.Я. Мешков, С.П. Ошкадёров).
   Расширение области исследований на легированные стали позволило выяснить природу структурной наследственности при быстром нагреве и показать определённую роль дефектов кристаллического строения, возникающих в процессе фазовых переходов, в явлении восстановления зеренной структуры аустенита. В результате была предложена кристаллогеометрическая модель прямого и обратного превращения, учитывающая роль дисслокационной стрёктуры alfa-фазы в кристаллографии alfa-gamma перехода (Р.В. Телевич, Е.В. Перелома, С.П. Ошкадёров).
   Исследования процессов распада концентрационно неоднородного аустенита, сформированного скоростным нагревом, позволили разработать новые способы термоупрочнения сталей, основанные на регулируемом распаде переохлаждённого аустенита и использовании явления восстановления распавшейся при деформации карбидной фазы. Их применение существенно улучшило комплекс механических свойств экономнолегированных конструкционных сталей. Большое практическое значение имеют также разработанные в отделе методы термоупрочнения с использованием эффекта неполной гомогенизации, открывшие новые возможности и резервы повышения служебных характеристик инструментальных и конструкционных сталей (С.П. Ошкадёров, Ю.А. Герасим, В.Д. Безбах).
   Разработанные для сталей принципы формирования метастабильных структур методами скоростного нагрева пригодны и для других конструкционных материалов, в частности титановых сплавов и сплавов на основе никеля. Теоретически предсказаны и экспериментально подтверждены закономерности влияния скорости нагрева на механизм и кинетику превращений в двухфазных титановых сплавах и показано, что применение повышенных скоростей нагрева эффективно как на стадии получения высокотемпературного b-твёрдого раствора, так и при последующем распаде метастабильных фаз. На основании этих исследований предложены новые способы термической обработки конструкционных титановых сплавов, позволившие улучшить их механические свойства (В.Н. Гриднев, О.М. Ивасишин, С.П. Ошкадёров).
   Скоростная термическая обработка жаропрочных сплавов на никелевой основе обеспечила повышение их работоспособности и технологической пластичности (А.И. Ефимов, В.А. Рафаловский, С.П. Ошкадёров).
   Формирование метастабильных состояний с помощью скоростной термической обработки стимулировало исследования в области создания новых материалов с особыми свойствами. Теоретическим и экспериментальным обоснованием этого направления явились работы по изучению взаимодействия примесей с дефектами кристаллического строения.
   Выполнено систематическое исследование явления частичного распада цементита при пластической деформации стали, в рамках которого дано термодинамическое обоснование распада и предложен его механизм, а также разработаны и применены в промышленности практические рекомендации по оптимальному легированию сталей, упрочняемых пластической деформацией.
   Установлены основные закономерности локального распределения примесей внедрения в сплавах тугоплавких металлов и их взаимодействия с дефектами кристаллического строения, определяющие сопротивление микропластической деформации (Н.П. Кушнарёва).
   Проводятся исследования фазовых равновесий, стабильности фазового состава, областей существования метастабильных фаз и их роли в формировании механических свойств тугоплавких металлов VA и VIA групп при их упрочнении фазами внедрения. Большое внимание уделяется разработке и исследованию монокристаллических металлов, в том числе монокристаллов интерметаллических соединений, для высокотемпературных упругих элементов, псевдомонокристальных котодов (О.М. Барабаш, С.П. Ошкадёров, Т.Н. Лёгкая).
   Разработаны физические основы активируемого спекания порошковых металлических материалов (железа, никеля, хрома, нержавеющих сталей) с использованием электромагнитного нагрева (С.П. Ошкадёров, Л.О. Андрущик).
   Среди разработок отдела, внедрённых в промышленности, особое место занимает скоростная термическая обработка сталей и сплавов, позволяющая существенно повысить производительность труда, применять экономно легированные стали взамен высоклегированных при сохранении требуемой работоспособности, улучшить культуру производства (С.П. Ошкадёров, Р.В. Телевич, Ю.А. Гарасим).
   Работы отдела получили широкое признание как в нашей стране, так и за рубежом. В рамках межправительственных соглашений о научно-техническом сотрудничестве между Украиной и зарубежными странами отдел проводит совместные исследования с ведущими институтами металлофизического и металловедческого профиля Чехии, Словакии, Китая, Германии.