ReferenceField con referencia a un documento existente

Lo estas haciendo mal. Debe guardar una referencia a sus Materials objeto y luego páselo como argumento a Regenerators

demostración

class Materials(Document):
    title = StringField(unique=True, required=True)

class Regenerators(Document):
    material = ReferenceField(Materials, required=True)

m = Materials(title='aisi304').save()

r = Regenerators(material=m).save()

Entonces sus documentos se ven así:

> db.regenerators.find()
{
        "_id" : ObjectId("565c9d110acf4510cf1f8712"),
        "material" : ObjectId("565c9cfc0acf4510cf1f8711")
}
> db.materials.find()
{ "_id" : ObjectId("565c9cfc0acf4510cf1f8711"), "title" : "aisi304" }
> 

Si desea utilizar una referencia a un documento existente, debe realizar una consulta mediante .get luego páselo como referencia como argumento a Regenerators

m = Materials.objects.get(title='aisi304')
r = Regenerators(material=m).save()