鑄造高溫合金是以鑄造方法直接制備零部件的高溫合金材料。鑄造高溫合金是合金原材料經過精煉后形成成分精確的母合金，然后再通過真空重熔澆鑄成型的一種高溫合金。相對高溫合金，使用溫度和強度更高，合金化程度也更高，用量少而精，主要用于制備形狀復雜的產品。鑄造高溫合金按照凝固結晶組織不同，還可以分為等軸晶鑄造高溫金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金，其使用性能和制備難度依次提高。等軸晶鑄造高溫合金指用傳統的熔模鑄造方法制備鑄件的高溫合金，其晶粒組織為等軸晶，具有制造成本低、中低溫力學性能優異等點，被廣泛應用于航空、航天等領域，可在-235~1050℃使用，常用于制作航空發動機擴壓器和機匣等大型復雜結構件、整鑄渦輪、向器、導向和渦輪葉片及航天火箭發動機渦輪泵等相關部件，結構復雜化、尺寸精確化和薄壁輕量化是其發展趨勢。

K418合金是用量較大的鑄造高溫合金，已廣泛應用于制作航空、地面和海上燃氣輪機渦輪工作葉片、導向葉片和整鑄渦輪，航天彈用發動機的整鑄渦輪轉子和導向器，以及柴油機和汽油機增壓渦輪。K4169合金由變形高溫合金4169發展而來，具有含、鐵量高的顯著特點，在很寬的中低溫度范圍具有較高的強度、塑性、優良的耐腐蝕性、耐輻射性以及良好的焊接性能。定向凝固高溫合金是通過定向凝固技術制備出晶界平行于主應力軸從而消除有害橫向晶界的柱狀晶高溫合金。定向凝固工藝始于20世紀60年代中期，美國PW公司發明了這一工藝并用于生產鎳基合金柱晶渦輪葉片，可提高葉片工作溫度約50℃。

我國定向凝固柱晶高溫合金的研制始于20世紀70年代，目前已研制和生產了多種定向凝固柱晶合金，并在多種型號的發動機上使用。定向空心無余量復雜型腔的渦輪葉片已在先進航空發動機上使用。按原有普通鑄造合金成分，與定向凝固技術相結合而發展的合金，如3、5等，分別是在普通高溫合金K403和K405合金基礎上，采用定向凝固技術研制而成的定向凝固鎳基鑄造高溫合金。

3合金與普通鑄造合金K403比，750~850℃的拉伸塑性提高2~3倍，持久強度提高60~130，熱疲勞壽命提高近100倍。在使用過程中發現問題后調整成分研制而成的合金，如4合金，是在3用于薄壁葉片在鑄造過程中暴露出較嚴重熱裂傾向后，根據合金化原理和凝固理論，綜合考慮合金強度、可鑄性、組織穩定性、抗腐蝕性等因素，重新研制的合金。22、002、125、17G等合金是仿制合金，其中22合金化學成分和力學性能水平與美國廣泛應用于先進航空發動機的高強度定向合金1422大致相當，該合金已經投入批量生產。

125合金是仿美國第一代定向凝固高溫合金é125合金，是當前性能水平最高的定向凝固高溫合金之一，合金具有良好中、高溫綜合性能、優異的熱疲勞性能。6合金是我國新研制的第二代定向凝固高溫合金，其拉伸性能、持久性能達國外第一代單晶和第二代定向合金性能水平，合金有良好鑄造性能，可用于制造不同尺寸的定向空心渦輪葉片。單晶高溫合金是采用定向凝固和選晶技術制造的具有單一柱狀晶組織的鑄造高溫合金，柱晶和單晶高溫合金的生產難度大，但可有效提升發動機葉片的服役性能。單晶葉片配合有效的防護涂層，可使航空發動機推重比達到10。

目前先進發動機渦輪葉片均采用單晶高溫合金。我國也研制成功一系列單晶高溫合金，并獲得實際應用。其中，北京航空材料研究院于20世紀80年代研制成功我國第一個用于航空發動機的3單晶高溫合金，該合金具有國外第一代單晶高溫合金的性能水平。隨后，鋼鐵研究總院研制的402單晶葉片在某航空發動機上得到了掛片試飛考核。

中國科學院金屬研究所研制了我國第一個抗腐蝕單晶高溫合金8，用作艦艇發動機渦輪葉片材料。鋼鐵研究總院研制的407單晶葉片通過了某航空發動機的試車考核/飛行考核/設計定型技術鑒定。另外，采用合金設計法與試驗研究相結合研制的相當于國外第二代單晶合金水平的6合金，也取得了可喜進展，已被選用作為先進航空發動機的高壓渦輪葉片材料。21世紀初，北京航空材料研究院研制了第三代單晶高溫合金9與10，9合金的力學性能與國外第三代單晶高溫合金-10和-75的力學性能相當，并開始探索第四代單晶高溫合金。