鉄－銅系において、銅は溶融鉄中に大きな濃度範囲で液相固溶体を形成する。1477℃では、銅のFeに対するγ相での溶解度は8％であるが、温度が低下するにつれて溶解度はむしろ増加し、例えば1094℃では8.5％に達する。一方、650℃以下では溶解度はほぼ一定値である約0.35％に近づく。室温では、鉄中の銅の溶解度は極めて小さい。液体状態であれ固体状態であれ、各種温度における溶解度を超えると、銅過剰相が形成される。溶融鋳鉄中の銅の溶解度は約3～5％である。鋳鉄中のマンガン、アルミニウム、ニッケルなどの元素は銅の溶解度を高めるが、マグネシウムは溶解度を低下させる。マグネシウム存在下では、銅含有量が2％を超えると、銅含有量97％の黄色い銅過剰相が析出する。さらに銅含有量が3.8％に達すると、銅過剰相の数は大幅に増加する。
銅は鋳鉄の共析転移温度に対してほとんど影響を及ぼさない。銅は弱い黒鉛化元素であり、白口傾向をわずかに低減することができる。また、銅は共析変態温度を低下させ、銅の含有量が1％増加するごとに共析温度は6～10℃低下し、オーステナイトの安定化にも寄与する。さらに、銅はパーライトの量を増やし、共晶組織を微細化して、鋳鉄を正火処理した際にパーライト組織を得やすくする効果もある。したがって、銅はオーステナイトからパーライトへの変態を促進し、共析変態過程における黒鉛化を抑制する。また、銅はフェライトを強化し、その強度を向上させる作用も持つ。
銅含有量が2.0％未満の場合、球状化率、球数および球径には顕著な影響はなく、球状化率は90％以上を確保できる。しかし、銅含有量が2％を超えると、球状化効果が損なわれ、球状化率および球数は急激に低下する。銅含有量が2.5％に達すると、凝集黒鉛や黄銅に富む相が現れる。黄銅に富む相の融点は溶融鉄の融点よりも低く、黒鉛の析出後、黄銅に富む相が黒鉛の一部を包み込むことで、黒鉛は徐々に球状から凝集状へと変化する。
銅による球状化の抑制は、他の元素とも関連している。例えば、チタンを0.04％含有するマグネシウム系ダクタイル鋳鉄において、0.94％の銅含有量で凝集性黒鉛が発生する場合、セリウムを0.02～0.03％添加することで、この銅による球状化抑制効果を打ち消すことができる。
銅が球状化促進作用に与える影響は、鋳件のサイズおよび肉厚と関係している。肉厚が300mmを超える鋳件に3～4％の銅を添加すると、鋳件の心部に見られる凝集性黒鉛を除去できる。なお、銅によるこの効果は、レアアース元素を併用した場合にのみ有効である点に留意すべきである。
銅はダクタイル鋳鉄において、ニッケルの10倍、錫の1/10の大きさを持つパーライトの形成を促進する。試験では約0.5％の銅を添加することで、φ25mmのダクタイル鋳鉄試験棒におけるパーライト含有率が90％に達した。さらに1.5％の銅を添加すると、パーライト含有率はほぼ100％に近づいた。しかし、1.5％を超えると代わりにフェライトが現れる。このような銅の優れた効果により、熱処理なしで鋳造時のままパーライト組織のダクタイル鋳鉄を得ることが可能となる。
灰色鋳鉄に対する銅の特性への影響。銅含有量が0.5％未満の場合、引張強度・降伏強度・弾性係数は上昇するが、その関係は線形ではない。灰色鋳鉄の銅含有量が約0.8％になると、強度は最高値に達する。一方、銅含有量の増加に伴い、灰色鋳鉄の衝撃靭性は低下する。
銅はパーライトの生成を促進し、金属マトリックスを強化することで、ダクタイル鋳鉄の機械的特性に影響を与える。少量の銅（0.5％以下）を添加すると、パーライト含有率が急激に上昇し、引張強度・降伏強度・硬度も急激に増加する一方で、伸び率は急激に低下する。添加量が0.5％を超えると、マトリックスはパーライトとなり、強度と硬度は引き続き上昇するが、伸び率の低下は止まる。これは、銅が金属マトリックスを強化するためである。また、銅には微細な黒鉛球を形成する機能があり、これにより銅を含有するダクタイル鋳鉄の疲労強度を向上させることができる。
常温における鋳鉄中の銅の固溶度は0.35％である。0.5％を超える銅を添加すると、オーステナイト変態および共析変態過程での炭素原子の拡散速度が変化し、パーライトの生成が促進されるとともに、パーライト組織が微細化する。鋳件の冷却時、特に時効処理中に、銅が固溶体から析出することでマトリックスが強化され、パーライトの微硬度が大幅に向上する。銅含有量の増加は鋳件の耐摩耗性を高める。応力緩和焼なましを行う場合でも、銅は硬度を低下させることはなく、むしろHB10程度の硬さをさらに向上させる。