W układzie żelazo-miedź miedź może rozpuszczać się w stopionym żelazie, tworząc roztwór ciekły w szerokim zakresie stężenia. Przy temperaturze 1477 °C rozpuszczalność miedzi w żelazie wynosi 8%, a wraz ze spadkiem temperatury rozpuszczalność nawet wzrasta; na przykład przy 1094 °C może osiągnąć 8,5%. Gdy temperatura spada poniżej 650 °C, rozpuszczalność zbliża się do stałej wartości około 0,35%. Przy temperaturze pokojowej rozpuszczalność miedzi w żelazie jest bardzo mała. Zarówno w stanie ciekłym, jak i stałym, gdy zawartość miedzi przekracza rozpuszczalność dla danej temperatury, powstaje faza bogata w miedź. Rozpuszczalność miedzi w stopionym żeliwie odlewowym wynosi około 3–5%. Mangan, aluminium, nikiel i inne pierwiastki obecne w żeliwie zwiększają rozpuszczalność miedzi, natomiast magnez ją zmniejsza. Przy obecności magnezu, gdy zawartość miedzi przekracza 2%, wytrąca się żółta faza bogata w miedź, zawierająca 97% miedzi. Gdy zawartość miedzi wzrasta do 3,8%, liczba faz bogatych w miedź znacznie zwiększa się.
Miedź ma niewielki wpływ na temperaturę przejścia eutektycznego żeliwa. Jest to słabo grafityzujący pierwiastek, który może nieznacznie zmniejszyć tendencję do powstawania białego ustępu. Miedź obniża temperaturę przemiany eutektoidalnej; przy wzroście zawartości miedzi o 1% temperatura ta spada o 6–10 °C, co wpływa na stabilizację austenitu. Ponadto miedź zwiększa ilość perlitu, rozrzedza strukturę eutektyczną i ułatwia uzyskanie struktury perlitowej podczas normalizacji żeliwa. Dlatego miedź wspomaga przekształcanie austenitu w perlit oraz hamuje grafityzację podczas przemiany eutektoidalnej. Dodatkowo miedź wzmacnia ferryt i poprawia jego wytrzymałość.
Gdy zawartość miedzi jest mniejsza niż 2,0%, nie występuje znaczący wpływ na stopień sferoidyzacji, liczbę kulek oraz ich średnicę, a stopień sferoidyzacji można zagwarantować na poziomie powyżej 90%. Natomiast gdy zawartość miedzi przekracza 2%, efekt sferoidyzacji ulega pogorszeniu: stopień sferoidyzacji oraz liczba kulek gwałtownie spadają. Przy zawartości miedzi sięgającej 2,5% pojawiają się aglomeraty grafitu oraz żółta faza bogata w miedź. Temperatura topnienia tej fazy bogatej w miedź jest niższa niż temperatura stopionego żelaza. Po wytrąceniu się grafitu faza bogata w miedź może otoczyć część grafitu, powodując stopniową przemianę grafitu z formy kulistej na aglomerat.
Antysferyzacja miedzi jest związana z innymi pierwiastkami. Na przykład w żeliwie nodularnym z magnezem zawierającym 0,04% tytanu, jeśli w stopie miedzi o zawartości 0,94% pojawia się aglomerowany grafit, dodanie 0,02–0,03% ceru może zniwelować ten antysferyzujący wpływ miedzi.
Wpływ miedzi na efekt nodulizacji jest związany z rozmiarem i grubością odlewu. Dodanie 3–4% miedzi do odlewu o grubości ściany przekraczającej 300 mm pozwala wyeliminować aglomerowany grafit w rdzeniu odlewu. Należy podkreślić, że ten efekt miedzi jest skuteczny tylko wtedy, gdy miedź jest dodawana razem z pierwiastkami ziem rzadkich.
Miedź sprzyja powstawaniu perlitu w żeliwie nodularnym; jego ilość jest 10 razy większa niż w przypadku niklu, ale jedynie jedną dziesiątą w stosunku do cynku. W testach dodaje się około 0,5% miedzi, aby zawartość perlitu w pręcie próbny o średnicy 25 mm osiągnęła 90%; gdy dodano 1,5% miedzi, zawartość perlitu zbliżyła się do 100%; jednak przy zawartości przekraczającej 1,5% pojawia się zamiast tego ferryt. Ten korzystny wpływ miedzi umożliwia uzyskanie żeliwa nodularnego perlitowego bez obróbki cieplnej.
Wpływ miedzi na właściwości żeliwa szarego. Gdy zawartość miedzi jest mniejsza niż 0,5%, wzrastają wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności oraz moduł Younga, choć zależność ta nie jest liniowa. Przy zawartości miedzi około 0,8% w żeliwie szarym osiągane są wysokie wartości wytrzymałości. Z rosnącą zawartością miedzi spada odporność uderzeniowa żeliwa szarego.
Miedź wpływa na właściwości mechaniczne żeliwa nodularnego poprzez promowanie powstawania perlitu i wzmacnianie struktury metalowej. Przy niewielkiej ilości miedzi (poniżej 0,5%) zawartość perlitu gwałtownie wzrasta, a równocześnie znacznie zwiększają się wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość, zaś wydłużenie ulega gwałtownemu zmniejszeniu. Gdy ilość dodanej miedzi przekracza 0,5%, struktura staje się perlitowa, przy czym wytrzymałość i twardość dalej rosną, a wydłużenie już nie maleje. Dzieje się tak dlatego, że miedź wzmacnia strukturę metalową. Miedź posiada także działanie drobnoziarnistego grafitu, co pozwala poprawić wytrzymałość na zmęczenie żeliwa nodularnego zawierającego miedź.
Rozpuszczalność stałego miedzi w żeliwie przy temperaturze pokojowej wynosi 0,35%. Dodanie więcej niż 0,5% miedzi zmienia szybkość dyfuzji atomów węgla podczas przemian austenitycznych i eutektoidalnych, wspomaga powstawanie perlitu i uelastycznia jego strukturę. Podczas chłodzenia odlewu, zwłaszcza w trakcie starzenia, miedź wytrąca się z roztworu stałego, wzmacniając strukturę i znacznie zwiększając mikrotwardość perlitu. Zwiększenie zawartości miedzi może poprawić odporność na zużycie odlewów. Podczas hartowania odpadowego miedź nie obniża twardości, lecz nawet zwiększa wartość HB10.