In het ijzer-koper-systeem kan koper zich bij hoge temperaturen in gesmolten ijzer oplossen en in een groot concentratiebereik een vloeibare vaste oplossing vormen. Bij 1477 ℃ bedraagt de oplosbaarheid van koper in Fe 8%, en naarmate de temperatuur daalt, neemt de oplosbaarheid zelfs toe. Zo kan de oplosbaarheid bij 1094 ℃ zelfs 8,5% bereiken. Wanneer de temperatuur onder 650 ℃ daalt, nadert de oplosbaarheid een constante waarde van ongeveer 0,35%. Bij kamertemperatuur is de oplosbaarheid van koper in ijzer zeer klein. Zowel in vloeibare als in vaste toestand zal er een koperrijke fase ontstaan wanneer de hoeveelheid koper de oplosbaarheid bij verschillende temperaturen overschrijdt. De oplosbaarheid van koper in gesmolten gietijzer bedraagt ongeveer 3–5%. Mangaan, aluminium, nikkel en andere elementen in gietijzer verhogen de oplosbaarheid van koper, terwijl magnesium de oplosbaarheid verlaagt. Bij aanwezigheid van magnesium overschrijdt de koperconcentratie 2%, waardoor een gele koperrijke fase met 97% koper neerslaat. Wanneer het kopergehalte stijgt tot 3,8%, neemt het aantal koperrijke fasen aanzienlijk toe.
Koper heeft weinig invloed op de eutectische overgangstemperatuur van gietijzer. Koper is een zwak grafiterend element, dat de neiging tot witte mond enigszins kan verminderen. Koper verlaagt de eutectoïde transformatietemperatuur. De eutectoïde temperatuur daalt met 6–10 °C voor elke 1% toename van koper, wat bijdraagt aan de stabilisatie van austeniet. Koper kan bovendien de hoeveelheid perliet verhogen, het eutecticum fijnmaken en het gemakkelijker maken om bij het normaliseren van gietijzer een perlietstructuur te verkrijgen. Daarom kan koper de vorming van perliet uit austeniet bevorderen en de grafitisering tijdens de eutectoïde transformatie belemmeren. Bovendien kan koper ferriet versterken en diens sterkte verbeteren.
Wanneer het kopergehalte lager is dan 2,0%, heeft dit geen significante invloed op de sferoidiseringsgraad, het aantal kogels en de kogeldiameter, en kan de sferoidiseringsgraad gegarandeerd hoger dan 90% blijven. Wanneer het kopergehalte echter hoger is dan 2%, wordt het sferoidiserende effect aangetast. De sferoidiseringsgraad en het aantal kogels nemen dan scherp af. Bij een kopergehalte van 2,5% verschijnen geagglomereerd grafiet en een koperrijke fase. Het smeltpunt van deze koperrijke fase ligt lager dan dat van gesmolten ijzer. Na de precipitatie van grafiet kan de koperrijke fase een deel van het grafiet omsluiten, waardoor het grafiet geleidelijk van bolvormig naar geagglomereerd overgaat.
De antispierlingseffecten van koper hangen samen met andere elementen. Bijvoorbeeld, bij magnesiumnodulair gietijzer dat 0,04% titaan bevat, kan het verschijnen van geagglomereerd grafiet in een kopergraad van 0,94% worden tegengegaan door het toevoegen van 0,02–0,03% cerium, waardoor het antispierlingseffect van koper wordt gecompenseerd.
De invloed van koper op het noduliserende effect is afhankelijk van de grootte en dikte van het gietstuk. Wanneer aan een gietstuk met een wanddikte van meer dan 300 mm 3–4% koper wordt toegevoegd, kan het geagglomereerde grafiet in de kern van het gietstuk worden geëlimineerd. Het dient te worden opgemerkt dat dit effect van koper alleen optreedt wanneer het samen met zeldzame aardmetalen wordt toegevoegd.
Koper bevordert de vorming van perliet in nodulair gietijzer; deze perlietvorming is tien keer groter dan die van nikkel, maar slechts één tiende van die van tin. In proeven werd ongeveer 0,5% koper toegevoegd om het perlietgehalte van een ductiel ijzerproefstaaf van 25 mm tot 90% te verhogen; bij toevoeging van 1,5% koper bereikte het perlietgehalte bijna 100%. Overschrijdt het gehalte echter 1,5%, treedt er in plaats daarvan ferriet op. Dit gunstige effect van koper maakt het mogelijk om als gegoten perlitisch ductiel gietijzer te verkrijgen zonder warmtebehandeling.
Effect van koper op de eigenschappen van grijs gietijzer. Wanneer het kopergehalte lager is dan 0,5%, nemen de treksterkte, vloeisterkte en elasticiteitsmodulus toe, hoewel dit niet lineair verloopt. Bij een kopergehalte van ongeveer 0,8% in grijs gietijzer is de sterkte het hoogst. Naarmate het kopergehalte verder toeneemt, neemt de slagtaaiheid van grijs gietijzer af.
Koper beïnvloedt de mechanische eigenschappen van nodulair gietijzer door de vorming van perliet te bevorderen en de metaalmatrix te versterken. Bij toevoeging van een kleine hoeveelheid koper (onder 0,5%) neemt het perlietgehalte sterk toe, evenals de treksterkte, vloeisterkte en hardheid, terwijl de rekbaarheid sterk afneemt. Wanneer de toevoeging hoger is dan 0,5%, bestaat de matrix uit perliet, maar blijven de sterkte en hardheid toenemen, terwijl de rekbaarheid niet langer afneemt. Dit komt doordat koper de metaalmatrix versterkt. Koper heeft bovendien een fijnmaken‑effect op de grafietdeeltjes, wat de vermoeiingssterkte van koperhoudend nodulair gietijzer verbetert.
De vaste oplosbaarheid van koper in gietijzer bij kamertemperatuur bedraagt 0,35%. Toevoeging van meer dan 0,5% koper verandert de diffusiesnelheid van koolstofatomen tijdens de austeniet‑ en eutectoïde‑transformatie, bevordert de vorming van perliet en verfijnt de perlietstructuur. Tijdens het afkoelen van het gietstuk, vooral tijdens het verouderingsproces, precipiteert koper uit de vaste oplossing, waardoor de matrix wordt versterkt en de microhardheid van perliet aanzienlijk verbetert. Een hoger kopergehalte kan de slijtvastheid van gietstukken verhogen. Bij spanningsarme gloeibehandeling vermindert koper de hardheid niet, maar verhoogt het zelfs de HB10‑waarde.