철-구리 계에서는 구리가 용융된 철과 큰 농도 범위에서 액체 상태의 고용체를 형성할 수 있다. 1477℃에서는 구리의 Fe에 대한 γ-고용도가 8%이며, 온도가 낮아질수록 고용도는 오히려 증가한다. 예를 들어, 1094℃에서는 고용도가 8.5%까지 도달할 수 있다. 온도가 650℃ 이하로 내려가면 고용도는 약 0.35%로 거의 정해진 값에 근접하게 된다. 상온에서는 구리의 철에 대한 고용도가 매우 작다. 액체 상태이든 고체 상태이든, 구리의 함량이 각 온도에서의 고용도를 초과하면 구리가 풍부한 상이 형성된다. 용융된 주철에서의 구리 고용도는 약 3~5% 정도이다. 주철 내의 망간, 알루미늄, 니켈 등은 구리의 고용도를 증가시키는 반면, 마그네슘은 구리의 고용도를 감소시킨다. 마그네슘이 존재할 경우 구리 함량이 2%를 넘으면, 구리 함량이 97%에 달하는 노란색의 구리 풍부 상이 석출된다. 구리 함량이 3.8%까지 증가하면, 구리 풍부 상의 수는 크게 늘어난다.
구리는 주철의 공석 전이 온도에 거의 영향을 미치지 않는다. 구리는 약한 흑연화 원소로, 백색 입자 경향을 약간 감소시킬 수 있다. 또한 구리는 공석 변태 온도를 낮추며, 구리 함량이 1% 증가할 때마다 공석 온도는 약 6~10℃씩 하락한다. 이는 오스테나이트의 안정성을 높이는 역할을 한다. 더불어 구리는 펄라이트의 양을 증가시키고 공석 조직을 미세화하여 주철을 정화 처리할 때 펄라이트 조직을 보다 쉽게 얻도록 돕는다. 따라서 구리는 공석 변태 과정에서 오스테나이트가 펄라이트로 전환되는 것을 촉진하고 흑연화를 억제하는 효과를 발휘한다. 또한 구리는 페라이트의 강도를 높여 그 기계적 성질을 개선하는 데에도 기여한다.
구리 함량이 2.0% 미만일 경우에는 구형화율, 구의 수 및 구의 직경에 유의미한 영향을 미치지 않으며, 구형화율은 90% 이상으로 보장된다. 그러나 구리 함량이 2%를 초과하면 구형화 효과가 저하되어 구형화율과 구의 수가 급격히 감소한다. 구리 함량이 2.5%에 도달하면 응집된 흑연과 구리가 풍부한 상이 나타나게 되는데, 이 구리 풍부 상의 융점은 용융 철의 융점보다 낮다. 흑연이 석출된 후에는 구리 풍부 상이 일부 흑연을 둘러싸게 되어, 흑연의 형태가 점차 구형에서 응집형으로 변화하게 된다.
구리의 구상화 억제 효과는 다른 원소들과도 관련이 있다. 예를 들어, 티타늄을 0.04% 함유한 마그네슘 노듈러 주철에서 0.94%의 구리 성분에 응집성 흑연이 나타나는 경우, 세륨을 0.02~0.03% 첨가하면 이러한 구리의 구상화 억제 효과를 상쇄할 수 있다.
구리가 노듈라이징 효과에 미치는 영향은 주조물의 크기와 두께와 관련된다. 벽두께가 300mm 이상인 주조물에 3~4%의 구리를 추가하면 주조물의 심부에서 발생하는 응집성 흑연을 제거할 수 있다. 다만, 이러한 구리의 효과는 희토류 원소와 함께 첨가되었을 때에만 유효하다는 점을 지적해야 한다.
구리는 니켈보다 10배, 주석보다는 1/10 정도 큰 노듈러 주철의 펄라이트 형성을 촉진한다. 실험에서는 약 0.5%의 구리를 첨가하여 φ 25mm의 연성주철 시험봉에서 펄라이트 함량이 90%에 이르도록 하였다. 구리를 1.5% 첨가했을 때에는 펄라이트 함량이 거의 100%에 가까워졌으며, 그러나 구리 함량이 1.5%를 초과하면 대신 페라이트가 생성된다. 이러한 구리의 우수한 효과로 인해 열처리 없이도 주조 상태에서 펄라이트 조직의 연성주철을 얻을 수 있게 된다.
회색주철의 물성에 대한 구리의 영향. 구리 함량이 0.5% 미만일 때에는 인장강도, 항복강도 및 탄성계수가 증가하지만, 그 관계는 선형적이지 않다. 회색주철의 구리 함량이 약 0.8%에 이르면 강도가 최고점에 도달하며, 구리 함량이 증가함에 따라 회색주철의 충격인성은 감소한다.
구리는 펄라이트 형성을 촉진하고 금속 기체를 강화함으로써 노듈러 주철의 기계적 특성에 영향을 미친다. 소량의 구리(0.5% 이하)를 첨가하면 펄라이트 함량이 급격히 증가하고, 인장강도, 항복강도 및 경도도 크게 상승하는 반면 연신율은 급격히 감소한다. 구리 첨가량이 0.5%를 초과하면 기체는 펄라이트 조직으로 변하며, 강도와 경도는 계속 증가하고 연신율은 더 이상 감소하지 않는다. 이는 구리가 금속 기체를 강화하기 때문이다. 또한 구리는 미세한 흑연 구슬을 형성하는 역할을 하여, 구리를 함유한 노듈러 주철의 피로강도를 향상시킨다.
실온에서 주철 내 구리의 고용도는 0.35%이다. 구리 함량이 0.5%를 초과하면 오스테나이트 및 유체상 전환 과정에서 탄소 원자의 확산 속도가 변화하여 펄라이트 형성을 촉진하고 펄라이트 조직을 미세화한다. 주조물이 냉각되면서, 특히 노화 과정 중에는 구리가 고용체로부터 석출되어 기체를 강화하고 펄라이트의 미세경도를 크게 향상시킨다. 구리 함량의 증가는 주조물의 내마모성을 높일 수 있다. 응력완화 어닐링을 실시할 경우, 구리는 경도를 낮추지 않고 오히려 HB10 정도의 경도를 증가시킨다.