在熔模鑄造型殼中建立特定方向的溫度梯度，使熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結晶取向凝固的一種鑄造工藝。定向凝固技術最突出的成就是在航空工業中的應用。自1965年美國普拉特·惠特尼航空公司採用高溫合金定向凝固技術以來，這項技術已經在許多國傢得到應用。採用定向凝固技術可以生產具有優良的抗熱衝擊性能、較長的疲勞壽命、較好的蠕變抗力和中溫塑性的薄壁空心渦輪葉片。應用這種技術能使渦輪葉片的使用溫度提高10～30°C，渦輪進口溫度提高20～60°C，從而提高發動動機的推力和可靠性，並延長使用壽命。
普通鑄件一般均由無一定結晶方向的多晶體組成。在高溫疲勞和蠕變過程中，垂直於主應力的橫向晶界往往是裂紋產生和擴展的主要部位，也是渦輪葉片高溫工作時的薄弱環節。采用定向凝固技術可獲得生長方向與主應力方向一致的單向生長的柱狀晶體（見圖）。定向凝固由於消除瞭橫向晶界，從而提高瞭材料抗高溫蠕變和疲勞的能力。定向凝固鑄件的組織分為柱狀、單晶和定向共晶3種。
普通精鑄（左）和定向凝固葉片（右）的宏觀組織
鑄件定向凝固需要兩個條件：首先，熱流向單一方向流動並垂直於生長中的固-液界面；其次，晶體生長前方的熔液中沒有穩定的結晶核心。為此，在工藝上必須采取措施避免側向散熱，同時在靠近固-液界面的熔液中應造成較大的溫度梯度。這是保證定向柱晶和單晶生長挺直，取向正確的基本要素。以提高合金中的溫度梯度為出發點，定向凝固技術已由功率降低法、快速凝固法發展到液態金屬冷卻法。